CN108191054A - 农村综合面源污染的生态控制体系及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了农村综合面源污染的生态控制体系，其包括收集系统和处理系统；收集系统包括污水收集池，处理系统包括沼气池和多级生态处理结构，污水收集池的入口通过连通沟渠与污染源连通，污水收集池的出口通过连通沟渠与沼气池连通，沼气池通过连通沟渠连通多级生态处理结构连接；连通沟渠为生态沟渠，污水经处理达标后由多级生态处理结构和外界河流之间的生态沟渠排入河流；一方面，多级生态处理结构和生态沟渠中的作物或水产物可以产生经济效益，另一方面，使得污水进行处理后输入河流时达到地表水环境质量标准；该生态控制体系通过整体统筹规划，既去除了污染物对环境的危害，又充分利用污染物中的营养物质获得经济效益的多方共赢。

Description

农村综合面源污染的生态控制体系及构建方法

技术领域

本发明涉及面源污染控制技术领域，具体地，涉及一种农村综合面源污染的生态控制体系及构建方法。

背景技术

面源污染，作为典型的非点源污染，是指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经地面，聚集一系列污染物质，随之进入水体，污染以河湖为主的地表水以及地下水，具有地域范围广、随机性强、成因复杂等特点，径流污染的控制是当前水环境研究的重点之一。

目前，大部分的农村、小城镇和未改造城中村缺少甚至没有排水系统。在旱季，没有排水系统的地区，大部分生活污水通过明渠直接排入附近的河流和湖泊 ；在雨季，即使中等强度的降雨，大量混杂生活污水的径流污染会超过管道的截留和输送能力，或是在缺少管道系统时通过径流干沟直接流入受纳水体；这些入河径流污染携带大量的固体颗粒，有机物和氮磷等营养盐，造成受纳水体富营养化，从而导致生态系统的恶化。

农村面源产生的有机物是污染物负荷主要来源，村镇生活污水、农村养殖污水为主要面源污染。其中，农村养殖业呈分散分布，较少有规模化养殖，一般不对养殖废弃物进行处理，常以冲洗的方式清理栏舍，清洗后的粪水进入化粪池或者直接排入水体，是水体中有机物、N、P的重要来源。我国目前各种农田作物对氮肥、钾肥和磷肥的平均利用率分别仅有40～50%、 30～40%和10～20%，大量营养元素随农田排水进入水体，是水体中无机养分的最大来源；同时，农村生活污水一般没有处理的渠道，直接排入水体中。

在此，提供一种通过整体统筹规划，既去除了污染物对环境的危害，又充分利用污染物中的营养物质获得经济效益的多方共赢的农村综合面源污染的生态控制体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过整体统筹规划，既去除了污染物对环境的危害，又充分利用污染物中的营养物质获得经济效益的多方共赢的农村综合面源污染的生态控制体系。

为实现上述目的，本发明提供一种农村综合面源污染的生态控制体系，其包括收集系统和处理系统；所述收集系统包括污水收集池，所述处理系统包括沼气池和多级生态处理结构，所述污水收集池的入口通过连通沟渠与污染源连通，所述污水收集池的出口通过连通沟渠与所述沼气池连通，所述沼气池通过所述连通沟渠连通多级生态处理结构连接；所述连通沟渠为生态沟渠，污水经处理达标后由所述多级生态处理结构和外界河流之间的生态沟渠排入河流。

所述生态沟渠包括采用水泥硬化制成的截面呈倒梯形的沟槽，以及种植在所述沟槽的底部土壤上的水生植物。

所述底部土壤的厚度为5cm-10cm，所述水生植物为狐尾藻、半边莲、常绿水生鸢尾中的一种或几种。

所述污水收集池设为采用水泥铸成的封闭池，所述封闭池设有用于与所述污染源连接的入口、用于与所述沼气池连通的出口、以及用于通气的通气孔；其中，所述封闭池的入口和出口都设有水流控制阀。

所述污水收集池与所述污染源之间的所述生态沟渠内还设有用于过滤漂浮物或悬浮固体的若干过滤格栅。

所述多级生态处理结构包括撒有石灰的处理农田和若干生态池塘，设置方式为与所述沼气池相连生态池塘-处理农田-与河流相连的生态池塘；其中，用于对所述处理农田进行入水的生态沟渠与所述处理农田的灌溉水渠连接，且所述灌溉水渠高于入水生态沟渠。

所述生态池塘包括采用水泥硬化制成的池体、铺设在所述池体的底部的土壤层和生物炭层、种植在所述土壤层和生物炭层上的水生经济植物以及养殖在所述池体内的水生动物；其中，所述池体的入口和出口都设有水流控制阀。

所述土壤层的厚度为15-20cm，所述生物炭层的厚度为1-5cm，所述水生经济植物为湘莲、菱角茭白、芡实、水稻中的一种或多种，所述水生动物为鱼类、蟹类、泥鳅中的一种或多种。

所述生态池塘包括由农田改造而成的深水生态池塘与浅水生态池塘；其中，所述深水生态池塘的深度为1.0m-2.0m，所述浅水生态池塘的深度为0.5m-1.0m，两者的水面都低于地面0.2m-1.0m。

进一步地，本发明提供一种用于构建如上所述的农村综合面源污染的生态控制体系的构建方法，其包括以下步骤：

确定农村面源污染的生态控制区域以及污染种类；

建立收集系统和处理系统；

运行管理处理系统。

所述生态控制区域包括南方地区水稻种植区域及集约化养殖区域；所述污染种类包括养殖污水、生活污水及农田氮磷流失中的一种或多种。

所述处理系统的运行管理包括：

沼气池运营管理：根据实际需要处理的污水量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生供生活能源或用于发电的沼气，发酵后的沼液排入生态池塘，循环进行；冬季沼液排入农田，过剩则分送至其他区域使用；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植适应的水生经济植物，以及养殖水生动物，收获后清淤并重新铺土及铺设1-5cm厚的生物炭；

农田运营管理：在耕地前撒施石灰，耕种后理照常规实行田间管，水稻收获后，田地翻耕种植耐寒牧草。

本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：

在本发明中，所述污水收集池对污水进行收集，所述沼气池可处理污水产生沼气，其发酵所得的沼液和沼渣的COD较低，是很好的有机肥料以及水产养殖饲料，而多级生态处理结构和生态沟渠吸收利用沼液中的有机和无机养分，一方面，多级生态处理结构和生态沟渠中的作物或水产物可以产生经济效益，另一方面，使得污水进行处理后输入河流时达到地表水环境质量标准；该生态控制体系通过整体统筹规划，既去除了污染物对环境的危害，又充分利用污染物中的营养物质获得经济效益的多方共赢。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的农村综合面源污染的生态控制体系模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

本实施例提供一种农村综合面源污染的生态控制体系，其包括收集系统和处理系统；所述收集系统包括污水收集池，所述处理系统包括沼气池和多级生态处理结构，所述污水收集池的入口通过连通沟渠与污染源连通，所述污水收集池的出口通过连通沟渠与所述沼气池连通，所述沼气池通过所述连通沟渠连通多级生态处理结构连接；所述连通沟渠为生态沟渠，污水经处理达标后由所述多级生态处理结构和外界河流之间的生态沟渠排入河流；如图1所示，其中，图1中的箭头示意为生态沟渠。

在本实施例中，所述污染源包括养殖污水和生活污水，所述污水收集池对污水进行收集，所述沼气池可处理污水产生沼气，其发酵所得的沼液和沼渣的COD较低，是很好的有机肥料以及水产养殖饲料，而多级生态处理结构和生态沟渠吸收利用沼液中的有机和无机养分，一方面，多级生态处理结构和生态沟渠中的作物或水产物可以产生经济效益，另一方面，使得污水进行处理后输入河流时达到地表水环境质量标准；该生态控制体系通过整体统筹规划，既去除了污染物对环境的危害，又充分利用污染物中的营养物质获得经济效益的多方共赢。

具体地，所述生态沟渠包括采用水泥硬化制成的截面呈倒梯形的沟槽，以及种植在所述沟槽的底部土壤上的水生植物。作为优选的实施方式，所述底部土壤的厚度为5cm-10cm，所述水生植物为狐尾藻、半边莲、常绿水生鸢尾中的一种或几种；本实施例中的所述生态沟渠不仅能够起到普通的引水作用还可以起到污水净化作用，根据种植的不同水生植物有效吸收污水的有机养料和/或无机养料。

进一步地，所述污水收集池设为采用水泥铸成的封闭池，所述封闭池设有用于与所述污染源连接的入口、用于与所述沼气池连通的出口、以及用于通气的通气孔；其中，所述封闭池的入口和出口都设有水流控制阀；所述污水收集池与所述污染源之间的所述生态沟渠内还设有用于过滤漂浮物或悬浮固体的若干过滤格栅。在本实施例中，优选所述污水收集池远离村民生活区设置，通过所述水流控制阀可以控制所述污水收集池的进出水量，所述过滤格栅设为多个以有效过滤掉污水中的漂浮物或悬浮固体，避免后面的生态沟渠发生堵塞或者避免影响处理系统的处理效率。

在上述实施例的基础上，所述多级生态处理结构包括撒有石灰的处理农田和若干生态池塘，设置方式为与所述沼气池相连生态池塘-处理农田-与河流相连的生态池塘；其中，用于对所述处理农田进行入水的生态沟渠与所述处理农田的灌溉水渠连接，且所述灌溉水渠高于入水生态沟渠，以避免生态沟渠内的水倒灌入所述灌溉水渠中。

具体地，所述生态池塘包括采用水泥硬化制成的池体、铺设在所述池体的底部的土壤层和生物炭层、种植在所述土壤层和生物炭层上的水生经济植物以及养殖在所述池体内的水生动物；其中，所述池体的入口和出口都设有水流控制阀；其中，所述土壤层的厚度为15-20cm，所述生物炭层的厚度为1-5cm，所述水生经济植物为湘莲、菱角茭白、芡实、水稻中的一种或多种，所述水生动物为鱼类、蟹类、泥鳅中的一种或多种；作为优选的所述生态池塘包括由农田改造而成的深水生态池塘与浅水生态池塘；其中，所述深水生态池塘的深度为1.0m-2.0m，所述浅水生态池塘的深度为0.5m-1.0m，两者的水面都低于地面0.2m-1.0m。

在本实施例中，沼气池对污水进行处理后供产生供居民生活实用的沼气，且发酵所得的沼液和沼渣的COD较低，是很好的有机肥料以及水产养殖饲料，可供生态沟渠和生态池塘中的水生植物和水产养殖物吸收利用；同时，生态池塘种植的水生经济作物可吸收上游流失的无机养分、充分利用而无需施肥，底层生物炭可以吸附N，处理农田里撒施的石灰可使游离磷酸根离子沉淀、减少流失、成为缓效磷肥。因此，在本实施例中，沼气池产生的沼气、种植水生经济作物、牧草及养殖水产等可以产生经济效益，提高农户的积极性。

实施例2

进一步地，在实施例1的基础上，本实施例提供一种用于构建如上所述的农村综合面源污染的生态控制体系的构建方法，其包括以下步骤：

确定农村面源污染的生态控制区域以及污染种类；

建立收集系统和处理系统；

运行管理处理系统。

所述生态控制区域包括南方地区水稻种植区域及集约化养殖区域；所述污染种类包括养殖污水、生活污水及农田氮磷流失中的一种或多种。

所述处理系统的运行管理包括：

沼气池运营管理：根据实际需要处理的污水量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生供生活能源或用于发电的沼气，发酵后的沼液排入生态池塘，循环进行；冬季沼液排入农田，过剩则分送至其他区域使用；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植适应的水生经济植物，以及养殖水生动物，收获后清淤并重新铺土及铺设1-5cm厚的生物炭；

农田运营管理：在耕地前撒施石灰，耕种后理照常规实行田间管，水稻收获后，田地翻耕种植耐寒牧草。

实施例3

选择某一居民聚集区，其中农田287.9亩，养殖生猪共134头，按以下步骤构建农村综合面源污染的生态控制体系：

确定养殖数量、地面径流系数、历年气象、降雨数据确定农村居民区污水产生量；

建设收集系统和处理系统；其中，生态沟渠的深度为50cm，铺土厚度为5cm，种植狐尾藻；深水池塘的深度为1.8m，浅水池塘的深度为0.8m，深水池塘的蓄水深度1.0m，浅水池塘的蓄水深度为0.5m，池塘底层均铺土厚度为10cm，生物炭的铺设厚度为5cm，深水生态池塘种植湘莲、养殖草鱼，浅水生态池塘种植芡实；

运行管理：

沼气池运营管理：根据养殖污水及生活污水的量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生沼气，沼气可供生活能源或用于发电，发酵后沼液排入生态池塘-处理农田-生态池塘模式的多级生态处理结构进行处理利用；

处理农田运营管理：在耕地前撒施石灰，其后照常规实行田间管理，水稻收获后，可以收集秸秆制作生物炭，且后续可耕种植耐寒牧草；冬季所产沼液沼渣经生态池塘喂养水产，末端的生态池塘出水口关闭，牧草可用于畜禽养殖、水产养殖或直接于来年耕地时翻入土中；处理农田上游的生态池塘与灌溉水渠连接，稀释沼液并推动水流向下方流动；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植水生经济植物，收获后清淤还田或重新铺土及生物炭，其中植物残体也可用于制作生物炭或自然腐烂。

在本实施例中，采用重铬酸盐法测定COD，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN含量(水体总氮含量)，采用钼酸铵分光光度法测定TP含量(水体总磷含量)， 结果如下：

初始浓度(收集系统的入水口)：平均COD浓度为6245.246mg/L，平均TN浓度为42.363mg/L，平均TP浓度4.579mg/L；经过该农村综合面源污染的生态控制体系处理后，TN平均去除率为96. 7％，TP平均去除率为99.5％，COD降低至8.823mg/L， 达到II类地表水环境质量标准。

实施例4

选择某一居民聚集区，其中农田348亩，无养殖污水及生活污水排放，按以下步骤构建农村综合面源污染的生态控制体系：

确定养殖数量、地面径流系数、历年气象、降雨数据确定农村居民区污水产生量；

建设收集系统和处理系统；其中，生态沟渠深50cm，铺土5cm，种植狐尾藻；深水池塘的深度设为1.8m，浅水池塘的深度设为0.8m，深水池塘的蓄水深度为1.0m，浅水池塘的蓄水深度为0.5m，池塘底层均铺土厚度为10cm，生物炭的铺设厚度为5cm，深水生态池塘种植湘莲、养殖草鱼，浅水生态池塘种植芡实；

运行管理：

沼气池运营管理：根据养殖污水及生活污水的量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生沼气，沼气可供生活能源或用于发电，发酵后沼液排入生态池塘-处理农田-生态池塘模式的多级生态处理结构进行处理利用；

处理农田运营管理：在耕地前撒施石灰，其后照常规实行田间管理，水稻收获后，可以收集秸秆制作生物炭，且后续可耕种植耐寒牧草；冬季所产沼液沼渣经生态池塘喂养水产，末端的生态池塘出水口关闭，牧草可用于畜禽养殖、水产养殖或直接于来年耕地时翻入土中；处理农田上游的生态池塘与灌溉水渠连接，稀释沼液并推动水流向下方流动；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植水生经济植物，收获后清淤还田或重新铺土及生物炭，其中植物残体也可用于制作生物炭或自然腐烂。

在本实施例中，采用重铬酸盐法测定COD，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN含量(水体总氮含量，采用钼酸铵分光光度法测定TP含量(水体总磷含量)，结果如下：

初始浓度(农田出水口)：平均COD浓度为24.138mg/L，平均TN浓度为22.451mg/L，平均TP浓度2.785mg/L；经过该农村综合面源污染的生态控制体系处理后，TN平均去除率为98.4％，TP平均去除率为99.3％，COD降低至2.626mg/L，达到II类地表水环境质量标准。

实施例5

选择某一居民聚集区，其中农田192.3亩，无养殖污水排放，按以下步骤构建农村综合面源污染的生态控制体系：

确定养殖数量、地面径流系数、历年气象、降雨数据确定农村居民区污水产生量；

建设收集系统和处理系统；其中，生态沟渠的深度设为50cm，铺土厚度为5cm，种植狐尾藻；深水池塘的深度设为1.8m，浅水池塘的深度设为0.8m，深水池塘的蓄水深度设为1.0m，浅水池塘的蓄水深度设为0.5m，池塘底层均铺土厚度为10cm，生物炭的铺设厚度为5cm，深水生态池塘种植湘莲、养殖草鱼，浅水生态池塘种植芡实；

运行管理：

沼气池运营管理：根据养殖污水及生活污水的量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生沼气，沼气可供生活能源或用于发电，发酵后沼液排入生态池塘-处理农田-生态池塘模式的多级生态处理结构进行处理利用；

处理农田运营管理：在耕地前撒施石灰，其后照常规实行田间管理，水稻收获后，可以收集秸秆制作生物炭，且后续可耕种植耐寒牧草；冬季所产沼液沼渣经生态池塘喂养水产，末端的生态池塘出水口关闭，牧草可用于畜禽养殖、水产养殖或直接于来年耕地时翻入土中；处理农田上游的生态池塘与灌溉水渠连接，稀释沼液并推动水流向下方流动；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植水生经济植物，收获后清淤还田或重新铺土及生物炭，其中植物残体也可用于制作生物炭或自然腐烂。

在本实施例中，采用重铬酸盐法测定COD，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN含量(水体总氮含量)，采用钼酸铵分光光度法测定TP含量(水体总磷含量)， 结果如下：

初始浓度(农田出水口)：平均COD浓度为125.478mg/L，平均TN浓度为32.162mg/L，平均TP浓度2.277mg/L。经过农村综合面源污染的生态控制体系处理后，TN平均去除率为99.1％，TP平均去除率为99.6％，COD降低至3.235mg/L， 达到II类地表水环境质量标准。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.农村综合面源污染的生态控制体系，其包括收集系统和处理系统；其特征在于：所述收集系统包括污水收集池，所述处理系统包括沼气池和多级生态处理结构，所述污水收集池的入口通过连通沟渠与污染源连通，所述污水收集池的出口通过连通沟渠与所述沼气池连通，所述沼气池通过所述连通沟渠连通多级生态处理结构连接；所述连通沟渠为生态沟渠，污水经处理达标后由所述多级生态处理结构和外界河流之间的生态沟渠排入河流。

2.根据权利要求1所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述生态沟渠包括采用水泥硬化制成的截面呈倒梯形的沟槽，以及种植在所述沟槽的底部土壤上的水生植物；所述底部土壤的厚度为5cm-10cm，所述水生植物为狐尾藻、半边莲、常绿水生鸢尾中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述污水收集池设为采用水泥铸成的封闭池，所述封闭池设有用于与所述污染源连接的入口、用于与所述沼气池连通的出口、以及用于通气的通气孔；其中，所述封闭池的入口和出口都设有水流控制阀；所述污水收集池与所述污染源之间的所述生态沟渠内还设有用于过滤漂浮物或悬浮固体的若干过滤格栅。

4.根据权利要求1所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述多级生态处理结构包括撒有石灰的处理农田和若干生态池塘，设置方式为与所述沼气池相连生态池塘-处理农田-与河流相连的生态池塘；其中，用于对所述处理农田进行入水的生态沟渠与所述处理农田的灌溉水渠连接，且所述灌溉水渠高于入水生态沟渠。

5.根据权利要求4所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述生态池塘包括采用水泥硬化制成的池体、铺设在所述池体的底部的土壤层和生物炭层、种植在所述土壤层和生物炭层上的水生经济植物以及养殖在所述池体内的水生动物；其中，所述池体的入口和出口都设有水流控制阀。

6.根据权利要求5所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述土壤层的厚度为15-20cm，所述生物炭层的厚度为1-5cm，所述水生经济植物为湘莲、菱角茭白、芡实、水稻中的一种或多种，所述水生动物为鱼类、蟹类、泥鳅中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的农村综合面源污染的生态控制体系，其特征在于：所述生态池塘包括由农田改造而成的深水生态池塘与浅水生态池塘；其中，所述深水生态池塘的深度为1.0m-2.0m，所述浅水生态池塘的深度为0.5m-1.0m，两者的水面都低于地面0.2m-1.0m。

8.用于构建权利要求1-7中任一项所述的农村综合面源污染的生态控制体系的构建方法，其特征在于：其包括以下步骤：

确定农村面源污染的生态控制区域以及污染种类；

建立收集系统和处理系统；

运行管理处理系统。

9.根据权利要求8所述的农村综合面源污染的生态控制体系构建方法，其特征在于：所述生态控制区域包括南方地区水稻种植区域及集约化养殖区域；所述污染种类包括养殖污水、生活污水及农田氮磷流失中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的农村综合面源污染的生态控制体系构建方法，其特征在于：所述处理系统的运行管理包括：

沼气池运营管理：根据实际需要处理的污水量建设沼气池，污水从污水收集池进入沼气池发酵产生供生活能源或用于发电的沼气，发酵后的沼液排入生态池塘，循环进行；冬季沼液排入农田，过剩则分送至其他区域使用；

生态池塘运营管理：前期蓄水，按水生经济植物的生长习性种植适应的水生经济植物，以及养殖水生动物，收获后清淤并重新铺土及铺设1-5cm厚的生物炭；

农田运营管理：在耕地前撒施石灰，耕种后理照常规实行田间管，水稻收获后，田地翻耕种植耐寒牧草。